2 - Qual a onda de superfície mais rápida? Love ou Rayleigh? Como a onda de superfície pode auxiliar na estimativa da profundidade focal do evento?

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Lorenzo Covalski Mascarenhas
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1 Lista de Sismologia 1 - Defina onda de corpo e onda de superfície. Mostre os tipos. 2 - Qual a onda de superfície mais rápida? Love ou Rayleigh? Como a onda de superfície pode auxiliar na estimativa da profundidade focal do evento? 3 - A Figura 1 mostra como se propagam as ondas sísmicas P e S. Neste exemplo as ondas se propagam na direção x. Cada partícula do meio se desloca (vibra) durante a passagem da onda. O deslocamento de cada partícula na onda P é paralelo à direção de propagação (a onda P é longitudinal), e o deslocamento das partículas na passagem da onda S é perpendicular à direção de propagação (a onda S é transversal). Note também que durante a passagem das ondas sísmicas, o meio se deforma, como pode ser observado pelo cubinho pintado. As ondas sísmicas, portanto, propagam não apenas vibrações, mas também deformações, tensões e energia. Figura 1 Examine um canto qualquer do cubinho durante a passagem da onda P e faça um gráfico do movimento de partícula em função do tempo (desenhe um sismograma). Chame o deslocamento da partícula de d(vetor) cujas componentes são (dx, dy). Para a onda P use uma amplitude máxima arbitrária qualquer. Faça o mesmo para a onda S. Note que a amplitude máxima do deslocamento da onda S é indicada na Figura 1 como 1 mm. No caso da onda S, use a linha tracejada como referência para a situação sem deformação. Nos dois casos indique o período da onda nos seus sismogramas

2 4. Prove a expressão do slide 50, R=Vp/Vs D= t s t p R 1 v P 5. Os sismogramas na Figura 2 foram registrados por uma estação sismográfica em Valinhos, SP, e mostram as três componentes do movimento do chão (componentes vertical, horizontal EW e horizontal NS). As ondas vieram de um terremoto do norte da Argentina ocorrido em janeiro de 1997 com magnitude 6,4 mb. a) Faça a composição do movimento do solo para a primeira onda e demonstre que ela é uma onda longitudinal (i.e., onda P). Isto é, combine as duas componentes horizontais e faça o diagrama de movimento de partícula entre 220s e 280s. Repita para as componentes vertical e EW. Analise os dois diagramas e mostre que a vibração das partículas é paralela à direção de propagação da onda. b) Onde você identificaria a chegada da onda S? Por quê? 6. Os sismogramas na Figura 3 mostram as ondas P, S e as de superfície (Love e Rayleigh) de um sismo a 3570 km de distância de uma estação em Poços de Caldas, MG. Analise a vibração da onda P e determine a direção do epicentro (i.e., faça o diagrama de movimento da partícula no plano horizontal EW-NS, e no plano vertical-ns). Os sismogramas foram deslocados verticalmente e portanto a escala de amplitudes é apenas relativa. Rg é onda de superfície Rayleigh, Lv é a Love. 7. (Figura 4) Em 1997 um pequeno tremor de terra ocorreu na cidade de Guapé, MG, a 70 km da estação sismográfica de Areado. Os sismogramas abaixo mostram as componentes vertical, NS e EW, e o tempo referem-se à hora de ocorrência do evento ( hora de origem''). Note que os sismogramas estão deslocados verticalmente, i.e., a linha zero de cada sismograma é arbitrária. a) Suponha que o foco tenha sido bem superficial, e que as ondas P e S propagaram-se pela crosta superior. Calcule a velocidade da onda P e da onda S nesta região, use razão Vp/Vs igual 1,73 e Vp igual 6.4 km/s. b) Analise a vibração da onda P nas três componentes. Desenhe esquematicamente o movimento de partícula no plano horizontal e num dos planos verticais, e deduza a orientação do epicentro em relação à estação. Identifique o primeiro movimento da onda S nas componentes horizontais (i.e., o deslocamento do primeiro pico da S) e veja que esta onda SH é mesmo transversal. c) Analise as ondas que chegam entre 24s e 28s e diga que tipos são. Que características você pode usar para identificá-las?

Figura 2 8. Tremores de terra são frequentes em Caruaru, PE, onde surtos de sismicidade costumam ocorrer por alguns meses, a cada 5 ou 10 anos, em média.

3 Figura 2 8. Tremores de terra são frequentes em Caruaru, PE, onde surtos de sismicidade costumam ocorrer por alguns meses, a cada 5 ou 10 anos, em média. Uma estação sismográfica em Caruaru registrou um destes tremores em 08 de janeiro de Nos sismogramas na Figura 5, a origem da escala de tempo não é a hora de ocorrência do sismo: tempo 0s nesta escala refere-se à hora absoluta 20h 23min 00s (tempo universal). a) Analise a polarização da onda P e determine a direção do epicentro. b) Identifique a onda S. Analise a polarização das outras duas ondas para confirmar a sua correta identificação! c) A geologia na região de Caruaru é caracterizada por granitos que têm velocidade de onda P, Vp, de 6,0 km/s. Use uma razão Vp/Vs adequada, e determine a distância epicentral. Determine também o instante exato de ocorrência do sismo (hora de origem).

4 Figura 3 Figura 4

5 Figura 5 9. O mapa da Figura 6 mostra algumas estações sismográficas e os epicentros de dois sismos ocorridos no sul de Minas Gerais em Os sismogramas destes sismos serão usados nos exercícios desta lista. Sismo de (magnitude 3,8) registrado por FRMB, FURB e CACB (estação no mapa da figura 6). Suponha que a crosta no sul de Minas Gerais tenha uma velocidade média Vp = 6,4 km/s e que o sismo tenha ocorrido na superfície. Use Vp/Vs = 1,7. Os sismogramas (Figura 7) do primeiro quadro são todos componentes verticais. a) Identifique a chegada da onda P e S em cada estação. Note que pode haver mais de uma chegada P (ou S) na mesma estação com percursos diferentes! Identifique sempre a primeira P e a primeira S! Veja se os tempos marcados estão coerentes entre si!! b) Determine o epicentro calculando a distância epicentral para cada estação com base na diferença de tempo entre P e S (use a primeira fase P e a primeira fase S!). Trace os arcos com um compasso no mapa. Para escala no mapa, lembre-se de que 1º de latitude = 111,1 km. c) Veja se a polarização das ondas P em FRMB (quadro de baixo) é consistente com a localização do epicentro. d) A segunda fase P (P2) em FRMB é uma reflexão da base da crosta. Use o tempo de percurso da onda P2 para determinar a espessura da crosta (use uma distância epicentral compatível com P1 viajando pela crosta superior). No quadro de baixo, estime os ângulos de incidência de P1 e P2 sob a estação. Estes ângulos são consistentes com a interpretação de que P1 viaja pela crosta superior e que P2 é uma reflexão de alguma interface mais profunda na crosta?

6 Figura 6 Figura 7

7 10. (Figura 8) Uma onda P de uma explosão no mar incide nos sedimentos do fundo marinho com um ângulo de 30º com a vertical, i, (ângulo de incidência). Determine as direções de todas as ondas refletidas e refratadas. Qual o tipo de onda S refratada (SV ou SH)? Faça o mesmo para o ângulo i = 45º. Figura (Figura 9) Idem para o caso da interface crosta/manto, com ângulo de incidência i = 30º. Suponha que a razão Vp/Vs = 1,73 para a crosta e para o manto superior. 12. Qual a diferença entre onda SV e SH? Figura Calcule os parâmetros de Lamé (λ e µ) para um basalto (ρ =3,3 g/cm 3 ), use a razão Vp/Vs = 1, Explique a dispersão das ondas de superfície? 15. O que é a Lei de Snell e como ela é fundamental para o estudo da estrutura da terra. Porque o interior da terra surge uma zona de sombra. 16. Descreva as velocidades da onda P no interior da terra? p.e. Crosta Continental? Manto? 17. Qual é a profundidade média da Crosta continental e oceânica? 18. Faça um gráfico de curva tempo-distância para onda P (Vp = 6,0 km/s) e onda S (Vs= 3,1 km/s) de 0 a 300 km. (para cada 10 km determine o tempo). 19. Represente graficamente a head wave''? 20. O que descontinuidade de Conrad?

8 21. Explique em termos de onda P o que acontece no manto? LVZ, 440 km, 660 km, camada D'' e D'. 22. Porque acontece a zona de sombra para onda P entre 103º e 140º? O que Pdiff? 23. Qual é o comportamento da onda P e S no núcleo da Terra? 24. Qual é a diferença entre a crosta e a litosfera? 25. O que é intensidade sísmica? 26. Calcule a magnitude para os seguintes eventos? a. Registrado a 5 km com amplitude de 100 µm. b. Registrado a 500 km com amplitude de 400 µm. c. Registrado a 40º de distância com amplitude de 800 µm e período de 2 s, a uma profundidade focal de 100 km. 27. O que momento sísmico? 28. Calcule o momento sísmico e energia liberada para um evento com magnitude mb = 4,0? 29. Como podemos calcular mecanismo de falha dos terremotos usando sismogramas? 30. Desenhe a bola de praia'' que represente a falha na Figura 10. Figura Onde a sismicidade global apresenta padrão de linha e de faixa? 32. O que é zona de Wadati-Benioff e falha transformante?

9 33. O que é sismicidade intraplaca e interplaca? 34. Qual foi a explicação da sismicidade no NE, SE e na Faixa Tocantins? 35. Como o homem pode provocar sismos? 36. Qual a causa da sismicidade induzida por reservatório?

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